基于蓄氣單元實(shí)現(xiàn)氣體等溫縮放的內(nèi)控溫液體活塞裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于蓄氣單元實(shí)現(xiàn)氣體等溫縮放的內(nèi)控溫液體活塞裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]儲(chǔ)能技術(shù)已被視為電網(wǎng)運(yùn)行過程中的重要組成部分，其中壓縮空氣儲(chǔ)能應(yīng)用較為廣泛。但壓縮空氣儲(chǔ)能存在一定的局限性，壓縮空氣儲(chǔ)能的主要缺點(diǎn)是通常與燃?xì)廨啓C(jī)配合，需要消耗燃?xì)?，產(chǎn)生環(huán)境污染，易泄露，能量密度低，且空氣壓縮、膨脹時(shí)，溫度變化劇烈，對(duì)設(shè)備的傷害較大，造成檢修成本高。
[0003]近年來，已有研究將液體活塞應(yīng)用于壓縮空氣儲(chǔ)能中，解決了壓縮空氣儲(chǔ)能所帶來的環(huán)境污染問題，但空氣壓縮/膨脹過程多為絕熱或自由膨脹過程，溫度變化劇烈，產(chǎn)生熱量不易保存，壓縮空氣勢(shì)能不能完全利用，儲(chǔ)能利用效率低。
[0004]國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的液體活塞中，每個(gè)活塞腔都由單一高壓容器組成，無蓄液?jiǎn)卧糠衷O(shè)計(jì)，更無腔內(nèi)溫控單元。其弊端在于氣體縮放過程多為絕熱、自由膨脹過程，使得壓縮空氣釋放能量效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能的壓縮過程中存在熱量損失和膨脹時(shí)低溫導(dǎo)致壓強(qiáng)下降能量損耗大的問題，本發(fā)明提出了一種基于蓄氣單元實(shí)現(xiàn)氣體等溫縮放的內(nèi)控溫液體活塞裝置，包括:一個(gè)或多個(gè)由壓力容器所構(gòu)成的液體活塞腔，以及通過氣體閥門與液體活塞腔相連的高壓氣體管道和低壓氣體管道；液體活塞腔的下部通過液體閥門連接到外部水力設(shè)備；液體活塞腔內(nèi)設(shè)置一個(gè)或者多個(gè)蓄氣單元；多個(gè)蓄氣單元各自獨(dú)立運(yùn)行或級(jí)聯(lián)排布運(yùn)行，級(jí)聯(lián)排布的相鄰兩個(gè)蓄氣單元之間，下部蓄氣單元的氣體溢出位置位于所級(jí)聯(lián)的上部蓄氣單元底部或內(nèi)部，保證溢出的氣體可以進(jìn)入上級(jí)蓄氣單元，低壓氣體管道與液體活塞腔內(nèi)頂部相連，若多個(gè)蓄氣單元各自獨(dú)立運(yùn)行則高壓氣體管道分別與每個(gè)蓄氣單元相連，若多個(gè)蓄氣單元級(jí)聯(lián)排布運(yùn)行則高壓氣體管道分為兩條支路，第一支路連接到最下部蓄氣單元的下部或者內(nèi)部，第二支路與液體活塞腔內(nèi)頂部相連；蓄氣單元由導(dǎo)熱材料組成，用于分隔和存儲(chǔ)氣體，增大液體與氣體的接觸面積，促進(jìn)氣液間的熱交換，利用穩(wěn)定的液體溫度控制氣體膨脹或者壓縮時(shí)的溫度變化范圍。
[0006]所述蓄氣單元包括兩種結(jié)構(gòu):上部封閉底部開放的罩缸結(jié)構(gòu)或封閉管道形式的氣包結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)分別對(duì)應(yīng)氣液熱質(zhì)交換或者導(dǎo)熱式這兩種控溫方式。
[0007]所述蓄氣單元為上部封閉底部開放的罩缸結(jié)構(gòu)，蓄氣單元縱向置于液體活塞腔內(nèi)，蓄氣單元與液體活塞腔內(nèi)壁之間存在空隙，液體和氣體能夠從空隙中通過，利用氣液充分混合方式實(shí)現(xiàn)溫度控制。
[0008]所述蓄氣單元為上部封閉底部開放的罩缸結(jié)構(gòu)，蓄氣單元縱向置于液體活塞腔內(nèi)，蓄氣單元的頂面為沖孔板，沖孔板的沖孔下接短豎管，膨脹時(shí)，氣體以氣泡形式通過蓄氣單元，加強(qiáng)氣體和液體之間的熱交換。
[0009]所述蓄氣單元為封閉管道形式的氣包結(jié)構(gòu)，蓄氣單元的主體以螺旋式或多層排列的管道形式置于液體活塞腔內(nèi)，蓄氣單元有兩根管道，一根管道從氣包上部引出并從液體活塞腔的頂部伸出并與高壓氣體管道相連，另一根管道從氣包下部引出并延伸至液體活塞腔內(nèi)的最上部。
[0010]所述多個(gè)蓄氣單元為級(jí)聯(lián)排布運(yùn)行時(shí)分為兩種工作方式:氣體膨脹時(shí)，通過蓄氣單元出氣方向控制使得下層蓄氣單元?dú)怏w膨脹后進(jìn)入上層蓄氣單元；氣體壓縮時(shí)，氣體在各個(gè)蓄氣單元內(nèi)被壓縮，并通過蓄氣單元的失效機(jī)制將氣體送至液體活塞頂部。
[0011 ] 所述失效機(jī)制包括3種形式:
[0012]外控型:即液體活塞腔外加裝控制機(jī)構(gòu)，控制機(jī)構(gòu)與蓄氣單元的隔離閥門相連，控制機(jī)構(gòu)根據(jù)裝置參數(shù)變化而控制蓄氣單元的隔離閥門開啟與否；
[0013]觸發(fā)型:蓄氣單元的隔離閥門通過裝置參數(shù)變化而自動(dòng)開啟觸發(fā)失效機(jī)制；
[0014]延時(shí)型:即漏氣型，氣體緩慢進(jìn)入蓄氣單元直到自然達(dá)到失效機(jī)制啟動(dòng)閾值。
[0015]所述氣體膨脹時(shí)，蓄氣單元任意位置配置高壓進(jìn)氣口與高壓氣體管道相連，在蓄氣單元上部配置低壓出氣口與低壓氣體管道相連；所述氣體壓縮時(shí)，蓄氣單元任意位置配置低壓進(jìn)氣口與低壓氣體管道相連，在蓄氣單元上部配置高壓出氣口與高壓氣體管道相連；其中高壓出氣口和高壓進(jìn)氣口可以共用，低壓出氣口和低壓進(jìn)氣口也可以共用；或者只用一個(gè)上部口，并在外部通過氣體閥門切換高低壓氣體管道。
[0016]所述外部水力設(shè)備為液體勢(shì)能差驅(qū)動(dòng)的設(shè)備，包括液壓活塞機(jī)構(gòu)、液壓馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)液體勢(shì)能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換。
[0017]本發(fā)明的有益效益包括以下幾個(gè)方面:
[0018](I)本發(fā)明對(duì)傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行改良，以液體為介質(zhì)對(duì)氣體進(jìn)行壓縮和釋放，減少了氣體縮放時(shí)泄漏和機(jī)械滑動(dòng)帶來的摩擦，能量釋放徹底，效率高；既集成液體活塞的優(yōu)點(diǎn)，又兼顧溫控功能，提高了壓縮空氣中能量的利用效率，具有很好的節(jié)能效果；解決了氣體體積變化所帶來劇烈溫度變化對(duì)設(shè)備的潛在危害，保證工作氣體在儲(chǔ)能/釋能過程中溫度基本穩(wěn)定。
[0019](2)本發(fā)明在液體活塞腔中設(shè)置蓄氣單元，解決了壓縮空氣儲(chǔ)能過程中對(duì)溫度變化對(duì)效率影響的問題，腔內(nèi)蓄氣單元通過特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)氣體等溫壓縮、膨脹過程，提高壓縮空氣效率。
[0020](3)本發(fā)明將壓縮空氣中的勢(shì)能以液體為介質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過外接能量轉(zhuǎn)換單元，將液體勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或其他能量形式，為發(fā)電或機(jī)械制造等提供原動(dòng)力。整套裝置提高了壓縮空氣儲(chǔ)能的能量利用效率，并且保留了液體活塞應(yīng)用于壓縮空氣儲(chǔ)能所具有的少污染、少泄漏、少摩擦的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)成綠色高效壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)。
[0021](4)本發(fā)明采用液體活塞，可以通過壓力轉(zhuǎn)換管道設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高、低壓水端口，方便外接能量轉(zhuǎn)換單元連接，并實(shí)現(xiàn)兩腔之間的液體進(jìn)行交換。
[0022](5)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)就地安裝，降低壓縮空氣儲(chǔ)能硬件要求，不需要特定地理?xiàng)l件，降低建設(shè)安裝難度，減少建設(shè)安裝成本。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)方案；蓄氣單元級(jí)聯(lián)排布運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)方案
[0024]圖2 —種蓄氣單元獨(dú)立運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)方案
[0025]圖3是腔內(nèi)蓄氣單元采用罩缸結(jié)構(gòu)的示意圖，其中圖3a、圖3b和圖3c分別為罩缸結(jié)構(gòu)的透視圖、俯視圖和側(cè)視圖；
[0026]圖4是腔內(nèi)蓄氣單元采用氣包結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0027]圖5是一種實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)蓄氣單元隔離閥門控制的方法示意圖；
[0028]圖6和圖7分別是圖5中的外部水力設(shè)備米用液壓水栗和液壓活塞時(shí)的不意圖。
[0029]圖中標(biāo)號(hào):
[0030]1-高壓氣體端口，2-低壓氣體端口，3-第一液體端口，4-第二液體端口，5-第一液體活塞腔，6-第二液體活塞腔，7-腔內(nèi)蓄氣單元，8-高壓氣體管道，9-低壓氣體管道，10-第一液體管道，11-第二液體管道，12-外部水力設(shè)備，13?16-氣體閥門，17?18-液體閥門，19-蓄氣單元的隔離閥門，20-蓄氣單元沖孔管道，24?27-液體閥門，28-液壓水栗，29?32-液體閥門，33-液壓活塞。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖，對(duì)實(shí)施例作詳細(xì)說明。
[0032]圖1是實(shí)現(xiàn)氣體等溫縮放的內(nèi)控溫液體活塞裝置的一種方案。該裝置由第一液體活塞腔5、第二液體活塞腔6、若干個(gè)腔內(nèi)蓄氣單元7、高壓氣體管道8、低壓氣體管道9、第一液體管道10、第二液體管道11、氣體閥門13?16、液體閥門17?18、及蓄氣單元的隔離閥門19組成；其中第一液體活塞腔5通過氣體閥門13和14、高壓氣體端口 1、低壓氣體端口2分別與高壓氣體管道8以及低壓氣體管道9連接，第二液體活塞腔6通過氣體閥門15和16分別與高壓氣體管道8、低壓氣體管道9連接；第一液體活塞腔5和第二液體活塞腔6內(nèi)分別設(shè)置多個(gè)腔內(nèi)蓄氣單元7，通過液體與氣體的快速熱交換以實(shí)現(xiàn)氣體等溫縮放的目的；第一液體活塞腔5和第二液體活塞腔6的底部分別設(shè)置第一液體端口 3和第二液體端口 4，并通過管道與外部水力設(shè)備12連接。外部水力設(shè)備12將高壓液體的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量，為發(fā)電機(jī)或者其他設(shè)備提供原動(dòng)力，并且承擔(dān)兩腔之內(nèi)液體交換的作用，可以是液壓活塞或液壓馬達(dá)等由液體勢(shì)能差驅(qū)動(dòng)的設(shè)備。
[0033]腔內(nèi)蓄氣單元7以導(dǎo)熱材料構(gòu)造，如金屬等；腔內(nèi)蓄氣單元7用于存儲(chǔ)液體，利用液體比熱容大的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體溫度的控制，其頂部設(shè)置蓄氣單元的隔離閥門19。腔內(nèi)蓄氣單元7與第一液體活塞腔5以及第二液體活塞腔6的內(nèi)壁之間分別存在空隙，為氣體流動(dòng)的通道。
[0034]腔內(nèi)蓄氣單元7有兩種基本結(jié)構(gòu)，分別為上部封閉底部開放的罩缸結(jié)構(gòu)及主體為封閉管道形式的氣包結(jié)構(gòu)，可以采用濾氣式、管道導(dǎo)熱式控溫方法